周邊化學受器

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第七章
動物的呼吸
第一節 呼吸構造與呼吸運動
一 動物呼吸運動的機制與調節
二 人體的呼吸系統
三 人體呼吸運動的機制與調節
四 氧氣與二氧化碳的運輸與交換
呼吸器官
1. 體表:原生動物、扁形動物、蚯蚓
2. 皮膚: 蚯蚓、兩生類
3. 鰓:多數水生生物
4. 氣管:昆蟲
5. 肺:兩生類、爬蟲類、鳥類、哺乳類
兩生類可以靠體表及肺呼吸,
意義為何?
墨西哥鈍口螈
(學名:Ambystoma mexicanum,
英文名稱:Axolotl),又名美西螈,
俗稱六角恐龍
體表及擴散作用
渦蟲
蚯蚓
蠑螈
皮膚及微血管網
蚯蚓藉體表交換氣體
鰓
氣體逆流交換機制
方向相同,鰓部只能
逆向流動,可使水中
得到水中50%的溶氧
80%以上的溶氧被攝
入血液中
逆流交換機制(自己畫畫看)
氣管
氣門有10對,前4對吸氣、後6對呼氣
蜘蛛—書肺
肺(鳥類)
氣管
前氣囊
肺
後氣囊
鳥類的呼吸系統
 吸氣:新鮮空氣流入後氣囊,
肺部空氣流入前氣囊
 呼氣:前氣囊的空氣由氣管排出
後氣囊的空氣進入肺部進行氣體交換
所有呼吸器官必備條件:
1. 濕潤的薄膜:氣體溶解於水中
2. 表面積大的薄膜
3. 薄膜表面密佈微血管
雞刀小試
1.下列有關動物呼吸的敘述,哪一項不正確?
(A)草履蟲、水螅等簡單動物可直接與周
圍的環境進行氣體交換 (B) O2和CO2不
能通過乾燥的薄膜 (C)進行氣體交換時,
O2和CO2可直接通過細胞膜而擴散 (D)呼
吸器官有廣大的表面積,可增進氣體交換
速率
2.有關蝗蟲的氣體交換,下列敘述何者正
確?
(A)藉肺、氣管、氣囊、微氣管、氣門等
構造組成氣管系統 (B)氣管為含有鈣質
支撐的環狀構造 (C)氣門有10對,前4對
吸氣、後6對呼氣 (D)微氣管末端與組織
細胞直接接觸,以進行氣體交換
3.下列各項為動物與其呼吸器的配合,何者
正確?
(A)蚯蚓與體表(皮膚) (B)蝌蚪與外鰓
(裸鰓) (C)蚊蟲與氣管 (D)鯉魚與外
鰓 (E)渦蟲與體表
二 人體的呼吸系統
鼻孔
鼻腔
喉(聲帶)
咽
會厭(軟骨及肌肉)
氣管(C型環狀軟骨)
支氣管
肺(左二葉,右三葉,無肌肉僅具彈性纖維)
▲人類的呼吸系統及肺泡放大圖
(2) 吞嚥時:軟顎向後延伸→鼻、咽之通道封閉
喉上升→會厭軟骨蓋在喉上
氣管與食道的管制點--會厭軟骨
呼吸及吞嚥的協調
吞嚥時:喉上升→會厭軟骨將喉關閉、
軟顎向後延伸→氣管通道關閉
呼吸時:氣管及食道皆暢通
(3) 喉:
由數塊軟骨+骨骼肌構成
腔內有兩條聲帶(結締組織)
此時聲帶處於吸氣狀態,聲門空隙很大。女性聲帶短發高音,
男性聲帶長發低音
(4) 氣管:
C形軟骨+平滑肌構成
內襯黏膜細胞,具有纖毛
(5) 支氣管:
不含軟骨
左右各一枝通入肺
(6) 肺:
左二葉、右三葉
小支氣管→氣囊→肺泡
肺泡與微血管之間發生氣體交換
正常肺
肺氣腫
肺癌
小試身手
1.下列有關「會厭」之敘述,何者正確?
(A)位於喉的前上方 (B)屬於肌肉組織
(C)吞嚥時,會厭下降蓋住氣管 (D)吞嚥
食物時,可防止食物擠入鼻腔
2.下圖為人體鼻腔、口腔、食道、氣管等構造
的相對位置模型圖,則下列有關下圖的敘
述,何者正確?
(A)此人正處於吞嚥狀態
(B)此人正處於吸氣的狀態
(C)此人會厭軟骨下降,
避免食物進入氣管
(D) B代表氣管的軟骨
(E)此人硬顎往後延伸,
以免食物進入鼻腔
人體呼吸運動的物理機制
吸氣時:肋間肌收縮,肋骨向外移動,
橫膈肌收縮,橫膈肌向下移動,
胸腔擴大,
肺內氣壓低於外界大氣壓力,
空氣入肺內
呼氣時:肋間肌舒張,肋骨向下移動,
橫膈肌舒張,橫膈膜向上移動,
胸腔縮小,
肺內氣壓大於外界大氣壓力,
空氣出肺
特殊情形
噴嚏,咳嗽,吹奏樂器:
胸骨、肋骨更形下降,腹肌強烈收縮
腹腔壓力
橫膈急遽上升
胸腔更加縮小,強力呼氣
雞刀小試
1.比較呼氣和吸氣,下列哪些為正確?
(A)橫膈
(B)外肋間肌
(C)肋骨架
(D)胸腔體積
(E)經過時間
呼氣
吸氣
舒張
收縮
舒張
收縮
向上及向外移 向下及向內移
縮小
變大
較長
較短
2.下列與人體呼吸動作相關的敘述,何者正確?
(A)吞嚥時食物不會被擠入鼻腔,其原因是食物
受重力作用進入食道 (B)唱歌時聲帶內的肌肉
收縮,調節聲帶的緊張度,而發出不同的聲音
(C)吸氣時胸腔內部的壓力上升,使空氣由外界
進入肺 (D)咳嗽時腹肌強烈收縮,橫膈急劇上
升,迫使氣體強力呼出
3.下圖為呼吸運動時,有關骨骼的變化圖,
則:
(A)甲為呼氣狀態 (B)乙時肋間肌呈收縮狀
態 (C)為脊椎骨,為胸骨 (D)共有
12對,其中最下兩對為浮肋 (E)不論吸氣
或呼氣,的位置無明顯改變
課外補充:各種肺部的容積
什麼是肺活量?
你有辦法把肺部的氣體都吐光嗎?
呼吸運動的調節作用
呼吸中樞----延腦(對CO2濃度敏感)
(1)呼吸中樞化學受器: 偵測血液中CO2分壓及pH值變化
不受O2分壓影響
延腦:呼吸中樞
橋腦:呼吸調節中樞
(2)周邊化學受器:偵測血液中CO2及pH值的變化,
位於頸動脈及主動脈管壁
周邊感受器可感受PaO2的變化
化學感受器:
頸動脈竇
主動脈弓
頸動脈竇
主動脈弓
 壓力受器(baroreceptor):
機械性受器感覺神經
 化學受器(chemoreceptor):
化學感受之器官
動
脈
血
CO2
分
壓
上
升
促
進
換
氣
的
過
程
化學受器:中樞及周邊
呼吸調節中樞
(pneumotaxic center)
長吸中樞
(apneustic
center)
呼氣中樞
吸氣中樞
1.
2.
3.
延腦之背吸氣神經核發出神經衝動引起吸氣
呼吸調節中樞直接抑制背吸氣神經核,或是抑制橋腦
的長吸中樞,於是呼氣
肺泡上的感受器受肺泡脹大之刺激,透過迷走神經抑
制吸氣神經元,於是呼氣
自行畫圖
整理:生命反射中樞
延腦:呼吸、心跳、咳嗽、吞嚥、嘔吐
下視丘(間腦):棉T侐、性飢渴
下視丘除了做為生命反射中樞外,還可
1. 控制腦垂腺分泌激素(GnRH、TRH etc.)
2. 情感狀態中心
呼吸運動的調節(整理)
1. 延腦:呼吸中樞
2. 橋腦:呼吸調節中樞
3. 大腦:意識指揮任意改變呼吸速
率及深度
影響呼吸頻率的因素
1.
2.
3.
4.
5.
6.
血液中CO2的量
交感神經
氣壓
運動
溫度
年齡
雞刀小試
1. 下列有關動物呼吸的敘述,何者正確?
(A)渦蟲用體表面與水直接交換氣體
(B)魚離水後窒息而死,是因空氣中O2的含量較
少
(C)人類血液中CO2濃度升高時,呼吸運動加強
加快
(D)在人體中,CO2主要藉由與血紅素結合成碳
酸來運輸
(E)人類呼吸運動受延腦的調節。
2.試將下列有關呼吸運動的調節簡圖完成
第二節 氧氣與二氧化碳的運輸與交換
氧氣:
(1)形成氧合血紅素HbO2(97%)
(2)直接溶於血漿中(3%)
形成氧合血紅素
(O2分壓較高時)
Hb + O2
HbO2
(O2分壓降低)(氧合血紅素)
暗紅色
鮮紅色
3. 肺泡氣、血液和組織中氣體分壓
(mmHg)的比較
血紅素與O2的結合曲線
allosteric
effect
異位效應
O2分壓越大,與血紅素結合率越高
雞刀小試
血紅素與氧結合率(%)
肺泡
95
組織甲
50
組織乙
42
組織丙
30
1.在某地測定某哺乳類動物體內各部分血液
中的血紅素結氧率,結果如下表。下列何
項敘述與表列資料相符合?
(A)血液流經肺泡時,大量Hb與O2結合 (B)
血液流經組織丙時,釋出的O2最少 (C)表
列甲~丙三組織中,甲的需氧量最大 (D)
表列甲~丙三組織中,丙的呼吸作用最旺
盛 (E)若組織甲為腎臟,則組織丙為皮膚
2.血紅素與氧結合有如下圖資料,試根據此
資料選出正確的敘述?
(A)人在平地時,其肺泡內的血紅素幾乎全
部都能與氧結合 (B)在高山(13,000公尺
高)時,肺泡內有80%以上的血紅素與氧
結合 (C)氧密度愈高時,血紅素結氧百分
率愈高 (D)氧密度愈低時,血紅素結氧百
分率亦低 (E)在高山感覺氣喘呼吸困難是
因為血紅素減少之故
3.(1)下圖中A、B、C曲線為表示某一哺乳類在二氧
化碳分壓為55 mmHg、40 mmHg、25 mmHg時,
血紅素與氧的結合百分比。據此推測A-B-C所
代表的二氧化碳分壓,依次應為:
(A) 55-40-25 (B) 25-40-55 (C) 40-25
-55 (D)無法判斷
(2)(承上題)若該哺乳類某器官,輸入的動脈血
的氧分壓為100 mmHg,二氧化碳分壓為40
mmHg;輸出的靜脈血,氧分壓為40 mmHg,二
氧化碳分壓為55 mmHg,則當血液流經該器官時,
氧合血紅素所釋出氧應有多少百分比?
(A) 97  84 (B) 95  65 (C) 9797 84  100 (D)
95  65
95  100
二氧化碳的運輸:
-
(1)溶於水形成HCO3 (主要)
(2)形成二氧化碳血紅素(次要)
組織微血管
CO2+H2O
碳酸酐酶
碳酸酐酶
H2CO3
H++HCO3-
肺部微血管
組織微血管
Hb+CO2
HbCO2
肺部微血管
試題演練
1. 下列有關人類血液中氣體運送方式的敘述,哪些為正確?
(A)氧合血紅素在血中氧濃度降低時,會解離成血紅素和
氧
(B)氧合血紅素解離成血紅素和氧的反應不受血中CO2濃
度的影響
(C)大部分的CO2需藉紅血球中酵素的作用,與水作用形
成碳酸,然後解離成碳酸氫離子運輸
(D)血紅素只會與O2結合,不會與CO2結合
(E)久居高山的人,紅血球數目較多。
2. 下列有關人類呼吸作用的敘述,何者正確?
(A)血液中二氧化碳量增加時,呼吸運動加快
(B)空氣稀薄時,呼吸運動加快
(C)組織中二氧化碳濃度增加時,加速氧與血紅
素的結合
(D)紅血球中酵素促進二氧化碳與水結合,有利
二氧化碳的運輸和排出
(E)二氧化碳在血漿中可與水結合成碳酸,亦可
與血紅素結合。
3. 下列有關人類呼吸的敘述,何者正確?
(A)呼氣時,橫膈及肋間肌舒張,致橫膈上升而肋骨下降
(B)組織中,二氧化碳濃度降低時,氧與血紅素的結合力
降低
(C)血液中,二氧化碳主要以與血紅素結合的方式被輸送
(D)血液中,二氧化碳濃度降低時,延腦發出調節訊息,
促使呼吸運動加快
(E)久居高山者,主要以血紅素與氧結合能力的增強,來
調適空氣較稀薄的環境。
4.二氧化碳在血液中的運輸方式是以重碳酸根離子的
形式存在,其反應如下:
CO2  H2O H2CO3
式(1)
H2CO3 → H  HCO3 - 式(2)
當血液隨循環路徑到肺臟時,則上述的反應會依相
反的方向進行,使二氧化碳能由肺藉呼吸運動排出
體外。試以這樣的化學反應回答下列各題:
(1)動脈與靜脈的酸鹼度應該是相同或不同?為什
麼?
(2)某病人經醫生檢查確定病因後,醫生在為病人注
射生理鹽水時特別加入重碳酸鈉,試問這位病人血
液中酸鹼度是偏酸或偏鹼?說明理由?
(3)當一個人到玉山山頂近四千公尺的高度時,由於
山頂上的空氣稀薄,含氧量低,這個人必須加快且
加深呼吸運動,以獲得較多的氧,此時,上述有關
二氧化碳運輸的反應會向左或向右進行?為什麼?
(4)承題(3),在此狀況下會造成酸鹼失衡,應由體
5.回答下列問題:
(1)各種動物的呼吸器官(如肺、鰓)、蚯
蚓或蛙的皮膚等,為增進氣體的交換速
率,須具備哪些特徵?
(2)血液中要保持微量的CO2,其意義為
何?
(3)為什麼一般動脈血呈鮮紅色,一般靜脈
血呈暗紅色?
(4)一分子血紅素最多可運送幾個O2 和幾個
CO2?
6.下圖為氣體在肺內及身體其他部分之交換
情形:
(A) a為由氣囊組成的肺泡 (B)藉a之收縮
力以達氣體交換 (C)在b處發生Hb + O2 →
HbO2 (D)在d處CO2進入微血管後,一小
部分CO2與血紅素結合形成HbCO2 (E)在a
與d處,凡O2及CO2要進出皆需先溶於水始
能擴散通過
探討活動五
指示劑酚肽
 鹼性(紅色)
 中性(無色)
 酸性(無色)
呼氣中CO2的測定
滴定液
 0.04% NaOH
蒸餾水+酚肽
0.04% NaOH
吹氣一分鐘
0.04% NaOH
吹氣後
0.04%NaOHml
呼出CO2=10 mole
雞刀小試
1.林君由平地居所出發攀登玉山主峰,當他
初抵山頂後的短時間內,體內會有何種變
化以適應空氣稀薄的高山環境?
(A)總血液量增加 (B)肌紅蛋白增加 (C)
紅血球量增加 (D)呼吸頻率與深度增加
2. 測試者,若在半分鐘內呼出的氣體,用
0.04% NaOH滴定耗用15 mL,則該測試者
每分鐘呼出多少 mole的CO2?
(A) 15 (B) 150 (C) 300 (D) 350

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